本發(fā)明涉及寬帶高功率射頻放大器阻抗自動(dòng)調(diào)諧技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種可以應(yīng)用在寬帶高頻功率源通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償功能，用以解決四極管前級(jí)阻抗失諧的一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖杩棺詣?dòng)調(diào)諧系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在某些粒子加速器高頻功率源和微波通訊的大功率短波發(fā)射機(jī)領(lǐng)域，或者在基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的質(zhì)子和重離子加速器，以及空間輻射效應(yīng)與加速器驅(qū)動(dòng)潔凈核能裝置中要求高頻大功率電子四極管放大器在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)掃頻工作，例如用于質(zhì)子與重離子同步加速器和醫(yī)用加速器治癌裝置等的鐵氧體加載高頻加速腔就需要高頻功率源要具有2倍頻以上帶寬的工作能力，為了保證高頻功率源在寬頻帶內(nèi)能夠正?？煽康墓ぷ鳎β史糯笃鞲骷?jí)的阻抗匹配非常重要，由于四極管柵陰電容ckg1的存在，掃頻工作時(shí)柵極輸入阻抗會(huì)隨頻率而改變，造成四極管前級(jí)阻抗失諧，導(dǎo)致前級(jí)放大器的反射功率增加，影響功率源的整機(jī)功率輸出，致使功率源的整體性能變差；為了補(bǔ)償由此造成的失諧，通常采用的技術(shù)是在前級(jí)放大器與四極管放大器之間加裝一個(gè)無(wú)源的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于窄帶工作頻率的功率放大器來(lái)說(shuō)是可行的，但由于受元器件帶寬限制，不可調(diào)節(jié)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)不能滿足寬帶匹配的要求，因此不適用于在寬頻帶下掃頻工作的放大器。雖然在中國(guó)專利號(hào)為201410300942.1，專利名稱為一種寬帶高功率射頻發(fā)射機(jī)調(diào)機(jī)方法中公開了一種寬帶高功率射頻發(fā)射機(jī)調(diào)機(jī)方法，其中涉及一種自動(dòng)調(diào)諧的技術(shù)，即在寬帶高功率射頻發(fā)射機(jī)短脈沖運(yùn)行時(shí)，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)控發(fā)射機(jī)各級(jí)電子管放大器工作狀態(tài)，通過(guò)分析采集到的電子管各參數(shù)來(lái)反饋調(diào)整發(fā)射機(jī)的各調(diào)諧元件，使發(fā)射機(jī)電子管放大器達(dá)到最佳的工作狀態(tài)和最大功率輸出，該方法雖然能夠以數(shù)據(jù)圖表的形式科學(xué)準(zhǔn)確地反映發(fā)射機(jī)電子管放大器的工作狀態(tài)，但是不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和阻抗自動(dòng)調(diào)諧。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明旨在提供一種應(yīng)用在粒子加速器高頻功率源和微波通訊的大功率短波發(fā)射機(jī)領(lǐng)域，或者在基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的質(zhì)子和重離子加速器，以及空間輻射效應(yīng)與加速器驅(qū)動(dòng)潔凈核能裝置中用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償用以解決四極管前級(jí)阻抗失諧的一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖杩棺詣?dòng)調(diào)諧系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖杩棺詣?dòng)調(diào)諧系統(tǒng)，所述的阻抗自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)主要包括通過(guò)阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)連接的控制單元和高頻功率源，其中控制單元連接在阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)前端，高頻功率源連接在阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)后端。

所述的高頻功率源主要包括前級(jí)放大器、四極管放大器和高頻負(fù)載，前級(jí)放大器經(jīng)過(guò)阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)與四極管放大器相連，為四極管提供輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)，四極管的柵陰電容ckg1與柵極輸入阻抗連接構(gòu)成四極管放大器的輸入阻抗，與阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)連接，高頻負(fù)載與四極管的陽(yáng)極輸出相連。

所述的阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)是由鐵氧體環(huán)繞制成的可調(diào)節(jié)電感網(wǎng)絡(luò)，包括四個(gè)鐵氧體環(huán)繞制成的電感，所述的鐵氧體環(huán)上繞有繞組，且四個(gè)鐵氧體環(huán)共用一個(gè)120t的偏磁線圈，通過(guò)改變鐵氧體環(huán)上偏磁線圈中的電流，就可以調(diào)節(jié)鐵氧體環(huán)內(nèi)的偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度，使鐵氧體環(huán)的磁導(dǎo)率發(fā)生改變，致使鐵氧體環(huán)與繞組構(gòu)成的電感值發(fā)生改變，因此可以通過(guò)控制偏磁電流來(lái)調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值，對(duì)由于頻率變化造成的柵極輸入阻抗的失諧進(jìn)行中和與補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柵極阻抗的自動(dòng)調(diào)諧匹配。

所述的控制單元主要包括鑒相器、控制器和偏磁電源，所述的鑒相器用以對(duì)高頻功率源前級(jí)放大器輸出阻抗的相位差進(jìn)行檢測(cè)，鑒相器位于控制器前端，控制器的輸出與偏磁電源連接，所述的控制器功能由fpga編程實(shí)現(xiàn)，為提高控制信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)目垢蓴_能力，控制器與偏磁電源之間采用光纜數(shù)字通訊；偏磁電源與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁線圈相接，通過(guò)比較前級(jí)放大器輸入與輸出信號(hào)的相位差去控制偏磁電流源的輸出電流實(shí)現(xiàn)對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相位差進(jìn)行補(bǔ)償。

所述的鐵氧體環(huán)每?jī)蓚€(gè)為一對(duì)，這兩個(gè)鐵氧體環(huán)上的線圈采用反向并聯(lián)繞制，使偏磁電流在電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓互相抵消。

每個(gè)鐵氧體環(huán)上繞有6圈繞組，繞組的圈數(shù)取決于匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)電感量的需求。

所述的每個(gè)鐵氧體環(huán)上繞有匝數(shù)相同的繞組。

所述的偏磁電源的輸出電流由網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧范圍決定，范圍在0~10a之間。

所述的阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)具有阻抗變換功能，將前級(jí)放大器的大值輸出阻抗變換為小值的柵極輸入阻抗，保證兩級(jí)放大器之間的阻抗匹配。

所述的阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)具有4：1的阻抗變換功能，將前級(jí)放大器的800ω輸出阻抗變換為200ω柵極輸入阻抗。

所述的控制器為pid控制器。

所述的阻抗自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償四極管柵極電容ckg1在寬頻帶內(nèi)造成的阻抗變化。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明主要是一項(xiàng)自動(dòng)跟蹤阻抗調(diào)諧技術(shù)，更具體的是可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償四極管柵極電容ckg1在寬頻帶內(nèi)造成的阻抗變化，使得在整個(gè)寬頻帶工作范圍內(nèi)能夠始終保證四極管柵極輸入阻抗處于諧振匹配狀態(tài)，從而可以大大提高大功率四極管放大器的工作效率和整機(jī)性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的邏輯連接示意圖。

圖2是本發(fā)明中阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式：

如圖1-2所示，一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖杩棺詣?dòng)調(diào)諧系統(tǒng)，所述的阻抗自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)主要包括通過(guò)阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)連接的控制單元和高頻功率源，其中控制單元連接在阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)前端，高頻功率源連接在阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)后端。

所述的高頻功率源主要包括前級(jí)放大器、四極管放大器和高頻負(fù)載，前級(jí)放大器經(jīng)過(guò)阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)與四極管放大器相連，為四極管提供輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)，四極管的柵陰電容ckg1與柵極輸入阻抗連接構(gòu)成四極管放大器的輸入阻抗，與阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)連接，高頻負(fù)載與四極管的陽(yáng)極輸出相連。

所述的阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)是由鐵氧體環(huán)繞制成的可調(diào)節(jié)電感網(wǎng)絡(luò)，阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)具有阻抗變換功能，將前級(jí)放大器的大值輸出阻抗變換為小值的柵極輸入阻抗，保證兩級(jí)放大器之間的阻抗匹配；阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)具有4：1的阻抗變換功能，將前級(jí)放大器的800ω輸出阻抗變換為200ω柵極輸入阻抗。

包括四個(gè)鐵氧體環(huán)繞制成的電感，所述的每個(gè)鐵氧體環(huán)上繞有匝數(shù)相同的繞組，且四個(gè)鐵氧體環(huán)共用一個(gè)120t的偏磁線圈，更具體的是每個(gè)鐵氧體環(huán)上繞有6圈繞組，繞組的圈數(shù)取決于匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)電感量的需求；所述的鐵氧體環(huán)每?jī)蓚€(gè)為一對(duì)，這兩個(gè)鐵氧體環(huán)上的線圈采用反向并聯(lián)繞制，使偏磁電流在電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓互相抵消；通過(guò)改變鐵氧體環(huán)上偏磁線圈中的電流，就可以調(diào)節(jié)鐵氧體環(huán)內(nèi)的偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度，使鐵氧體環(huán)的磁導(dǎo)率發(fā)生改變，致使鐵氧體環(huán)與繞組構(gòu)成的電感值發(fā)生改變，因此可以通過(guò)控制偏磁電流來(lái)調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值，對(duì)由于頻率變化造成的柵極輸入阻抗的失諧進(jìn)行中和與補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柵極阻抗的自動(dòng)調(diào)諧匹配。

所述的控制單元主要包括鑒相器、控制器和偏磁電源，所述的鑒相器用以對(duì)高頻功率源前級(jí)放大器輸出阻抗的相位差進(jìn)行檢測(cè)，鑒相器位于控制器前端，控制器為pid控制器，控制器的輸出與偏磁電源連接，偏磁電源的輸出電流由網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧范圍決定，范圍在0~10a之間；所述的控制器功能由fpga編程實(shí)現(xiàn)，為提高控制信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)目垢蓴_能力，控制器與偏磁電源之間采用光纜數(shù)字通訊；偏磁電源與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁線圈相接，通過(guò)比較前級(jí)放大器輸入與輸出信號(hào)的相位差去控制偏磁電流源的輸出電流實(shí)現(xiàn)對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相位差進(jìn)行補(bǔ)償；阻抗自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償四極管柵極電容ckg1在寬頻帶內(nèi)造成的阻抗變化。

本發(fā)明可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償四極管柵極電容ckg1在寬頻帶內(nèi)造成的阻抗變化，具體的工作原理如下：

首先，本發(fā)明中阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)采用的是由鐵氧體環(huán)繞制的可調(diào)節(jié)電感網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)改變鐵氧體環(huán)上偏磁線圈中的電流，調(diào)節(jié)鐵氧體環(huán)內(nèi)的偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度，使鐵氧體環(huán)的磁導(dǎo)率發(fā)生改變，致使鐵氧體環(huán)與繞組構(gòu)成的電感值發(fā)生改變，因此可以通過(guò)控制偏磁電流來(lái)調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的電感值，對(duì)由于頻率變化造成的柵極輸入阻抗的失諧進(jìn)行中和與補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柵極阻抗的自動(dòng)調(diào)諧匹配。

同時(shí)，阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)由兩對(duì)共4個(gè)鐵氧體環(huán)繞制的電感組成，見圖2，每個(gè)鐵氧體環(huán)上繞有6圈繞組，繞組的圈數(shù)取決于匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)電感量的需求，4個(gè)鐵氧體環(huán)共用一個(gè)偏磁線圈（120t），偏磁電源的輸出電流由網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧范圍決定，輸出電流的范圍為0~10a，為抵消偏置磁場(chǎng)對(duì)射頻回路的影響，每?jī)蓚€(gè)鐵氧體環(huán)為一對(duì)，這兩個(gè)環(huán)上的線圈采用反向并聯(lián)繞制，使偏磁電流在電感線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓互相抵消，不對(duì)高頻電路造成影響。

為了使前級(jí)放大器與末級(jí)四極管放大器之間的阻抗匹配，阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)除具有調(diào)諧功能以外還具有4：1的阻抗變換功能，它可將前級(jí)放大器的800ω輸出阻抗變換為200ω的柵極輸入阻抗，保證兩級(jí)放大器之間的阻抗匹配。由于前級(jí)放大器的輸出負(fù)載阻抗主要是由四極管放大器的輸入電阻、四極管柵陰電容ckg1和阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗構(gòu)成的，當(dāng)保證前級(jí)放大器的輸入與輸出電壓同相位，即相位差趨于零時(shí)，前級(jí)放大器的輸出阻抗為純阻，這時(shí)電子管的柵極就處于最佳的調(diào)諧狀態(tài)。

一旦由于頻率變化或其它情況導(dǎo)致四極管柵陰電容ckg1的輸入阻抗發(fā)生變化，造成電子管的柵極阻抗失諧時(shí)，在前級(jí)放大器的輸入與輸出電壓之間將產(chǎn)生一個(gè)相位差，由鑒相器檢出前級(jí)放大器輸入與輸出信號(hào)的相位差，經(jīng)pid控制器的處理后去控制偏磁電流源的輸出電流，控制器將根據(jù)鑒相器檢出的這一相位差信號(hào)去控制鐵氧體環(huán)的偏磁電流，由于偏磁電源與阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁線圈連接，線圈中電流的變化將使阻抗諧振匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感發(fā)生改變，從而對(duì)阻抗中的容抗分量進(jìn)行補(bǔ)償，促使相位差趨于零，保證四級(jí)管柵極輸入阻抗始終處于諧振狀態(tài)，即純阻狀態(tài)，本發(fā)明中的控制器的功能由fpga編程實(shí)現(xiàn)，為提高控制信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)目垢蓴_能力，控制器與偏磁電源之間采用光纜數(shù)字通訊；從而可以大大提高大功率四極管放大器的工作效率和整機(jī)性能。

綜上，本發(fā)明作為一項(xiàng)自動(dòng)跟蹤阻抗調(diào)諧技術(shù)，更具體的是可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前級(jí)放大器輸出阻抗的失諧角來(lái)控制調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償四極管柵極電容ckg1在寬頻帶內(nèi)造成的阻抗變化，使得在整個(gè)寬頻帶工作范圍內(nèi)能夠始終保證四極管放大器輸入阻抗處于諧振匹配狀態(tài)，從而可以大大提高大功率四極管放大器的工作效率和整機(jī)性能。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可以做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上的實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。